(57)【要約】【課題】従来のＰＷＭ方式では入力信号の前後のデータの増減を考慮していなかったため、入力信号の変化に対して発生するノイズ成分を制御することができなかった。【解決手段】ＰＷＭ変換で出力するパルスの制御において、入力信号の前後のデータから値の増減に応じたパルスの位置を計算し、求めたパルスの位置に応じてパルスを生成して出力を行う。これにより、出力するパルスが入力信号の変化に対して忠実になり、音質の向上と入力信号に対する高調波などのノイズ成分の低減が可能となる。【選択図】図１
2006245877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の一定期間経過前に取り込まれた入力信号、かつ／または入力信号の一定期間経過後に取り込まれた入力信号の値に応じて、出力の基準タイミングに対するパルスの中心位置を決定する決定手段と、入力信号と前記決定手段で決定された中心位置に応じて出力するパルスを生成する第一の生成手段とを備えるＰＷＭ変換器。
【請求項２】
前記第一の生成手段は、複数のサンプリング信号によってパルスを生成する第二の生成手段と、前記第二の生成手段で生成されたパルスから出力するパルスを選択する選択手段とを備える、請求項１に記載のＰＷＭ変換器。
【請求項３】
前記選択手段は、前記第二の生成手段で生成されたパルスの幅の値を検出する検出手段をさらに備え、前記検出手段で検出されたパルス幅の値を基に出力するパルスを選択することを特徴とする、請求項２に記載のＰＷＭ変換器。
【請求項４】
前記決定手段は、前記検出手段により検出されたパルス幅の値を二つ以上有して傾きまたは傾きと凸性を求めることにより入力信号の変化を予測する予測手段を備え、前記予測手段により出力の基準タイミングに対するパルスの中心位置を決定することを特徴とする、請求項３に記載のＰＷＭ変換器。
【請求項５】
デジタル入力信号の一定期間経過前に取り込まれたデジタル入力信号、かつ／またはデジタル入力信号の一定期間経過後に取り込まれたデジタル入力信号の値の離散データを時間軸方向に積分して一定期間における重心位置を求める計算手段と、前記計算手段により求められた重心位置によって出力の基準タイミングに対するパルスの中心位置を決定する決定手段と、デジタル入力信号と前記決定手段で決定された中心位置に応じてパルスを生成する生成手段とを備えるＰＷＭ変換器。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載のＰＷＭ変換器を備えることを特徴とするＤ／Ａ変換器。
【請求項７】
入力信号に対して複数のサンプリング信号によってパルスを生成する第二の生成手段と、前記第二の生成手段で生成されたパルスから出力するパルスを決められた割合で選択する選択手段とを備え、パルス位置を分散させることを特徴とするＰＷＭ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭ変換とは従来例の図１０に示すような入力信号１０１と三角波や鋸歯状波などの一定周期のサンプリング信号１０２とを比較したデータ又は一定周期に入力されるデジタル入力データを、ＬｏｗとＨｉｇｈの２つの値のデータの幅を変化させることにより時間軸方向のデータへ変換する技術である。
【０００３】
ＰＷＭ変換におけるパルスの出力方式として、例えば、非特許文献１の第９章に記載されているようなデジタル入力信号をノイズシェーパーにより量子化した値によって出力するパルスのＨｉｇｈ区間とＬｏｗ区間の比（以下、Ｈｉｇｈ区間とＬｏｗ区間の比をデューティ比と呼ぶ）を決定し、出力するパルスの中心、あるいはＬｏｗ区間からＨｉｇｈ区間への変化点、あるいはＨｉｇｈ区間からＬｏｗ区間への変化点（以下、Ｌｏｗ区間からＨｉｇｈ区間への変化点をパルスの立ち上がり、Ｈｉｇｈ区間からＬｏｗ区間への変化点をパルスの立ち下がりと呼ぶ）の位置を出力の基準タイミングに対して固定して出力を行う方式（以下、デジタル入力信号をノイズシェーパーにより量子化した値によって出力するパルスのデューティ比を決定する方式をデジタル入力デジタルアンプと呼ぶ）または特許文献１に記載されているようなアナログ入力信号と三角波や鋸歯状波などの一定周期のサンプリング信号とを比較して出力するパルスの位置と幅を決定する方式（以下、アナログ入力信号と三角波や鋸歯状波などの一定周期のサンプリング信号とを比較して出力するパルスの位置と幅を決定する方式をアナログ入力デジタルアンプと呼ぶ）が知られている。
【特許文献１】特開２００３−３１８６６６号公報
【非特許文献１】本田  潤著  「Ｄ級／ディジタル・アンプの設計と製作」ＣＱ出版社
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１に記載のデジタル入力デジタルアンプでは、一定周期毎に入力されるデジタル入力信号をノイズシェーパーにより量子化した値に応じて出力するパルスのデューティ比を決定する。そして、パルスの位置は出力するパルスの中心、あるいは立ち上がり、あるいは立ち下がり位置を出力の基準タイミングに対して固定して出力を行っている。この方式においても前後のデジタル入力信号の変化に応じたパルス位置の調整を行っていないため、デジタル入力信号に対して発生する高調波及びノイズ成分をコントロールすることが出来ないという課題がある。
【０００５】
また、特許文献１に開示のアナログ入力デジタルアンプでは、図９に示すように入力信号９１ａに対しては三角波９３や鋸歯状波９２，９４などのサンプリング信号の形状に出力するパルスの位置が依存してしまい、更に入力信号９１ｂに対しては、三角波９３や鋸歯状波９２，９４などのサンプリング信号の形状に出力するパルスの位置だけでなく幅も依存している。アナログ入力デジタルアンプでは、パルスの位置と幅はサンプリング信号により決定されるので、限られた範囲でしか前後のデータの値に応じてパルス位置を決定し、パルスの生成を行うことができない。このため、アナログ入力信号に対して発生する高調波ノイズ成分をコントロールすることが出来ないという課題がある。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決し、小規模の回路により実現が可能でシステムへの追加が容易なため安価に構成でき、入力信号の値の増減に応じた位置でパルスの出力を行う事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は入力信号の一定期間経過前に取り込まれた入力信号、かつ／または入力信号の一定期間経過後に取り込まれた入力信号の値に応じて、出力の基準タイミングに対するパルスの中心位置を決定する決定手段と、入力信号と前記決定手段で決定された中心位置に応じてパルスを生成する第一の生成手段とを備えるＰＷＭ変換器である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式は、入力信号の値の増減に応じて出力するパルスの位置を決定し、前記位置でパルスの出力を行う事によって、従来の方式と比較して出力するパルスの位置を入力信号のエネルギー分布に近付け、入力信号のダイナミックな変化に対して忠実になり音質の向上が可能となる事と同時に、入力信号に対する高調波などのノイズ成分を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式を、図面を参照して説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図３に示している入力信号の値の増減に応じて出力の基準タイミングに対するパルスの中心位置を決定する回路３２と、前記中心位置に応じて出力するパルスを生成する回路３３とを有する構成により実現される。
前記構成によって、入力信号の値の増減に応じた位置でパルスを生成し、出力するパルスの入力信号の忠実度を向上させる事が可能となる。
【００１１】
図３に示しているデジタル入力信号に対しての本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式は、デジタル入力信号の値の増減に応じて出力の基準タイミングに対する出力するパルスの中心位置を決定する回路３２への入力である一定周期のデジタル入力信号３１を、ノイズシェーパーにより量子化した一定周期のデジタル入力信号とした場合に対しても適用することが可能である。上記のように前記パルス位置計算回路３２と前記デジタル入力信号３１との間にノイズシェーパー回路を有する構成に対しても本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式を適用する事が可能である。
【００１２】
（実施の形態２）
図７に示している入力信号７１の値の増減に応じてパルス位置を計算する回路７３を有する構成により実現される。そして、図８に示している入力信号８１をＰＷＭ生成回路８２へ入力してＰＷＭ出力のパルスを生成し、前記ＰＷＭ出力のパルスの幅を検出する回路８３を有し、前記検出回路８３により検出したパルス幅のデータに応じてパルス位置を計算する回路８４を有する構成に対しても本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式を適用する事が可能である。
【００１３】
次に、本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式は図３、あるいは図７、あるいは図８の構成だけでなく、図４に示しているＰＷＭのパルス４１をパルス幅のデータをカウンターにより求めるパルス幅検出回路４２へ入力してパルス幅のデータが出力され、前記パルス幅のデータに応じてパルス位置を計算する回路４３を有する構成に対しても本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式を適用する事が可能である。
【００１４】
（実施の形態３）
図２に示しているデジタル入力信号２１に対しての実施の形態の一例を説明する。まず、一定周期のタイミング信号に同期して取り込まれたデジタル入力信号２２ｂの直前に取り込まれた１つのデジタル入力信号をデジタル入力信号２２ｃ、前記デジタル入力信号２２ｂの直後に取り込まれた１つのデジタル入力信号をデジタル入力信号２２ａとする。前記デジタル入力信号２２ａ、２２ｂ、２２ｃを縦軸が信号の値、横軸が時間である２次元平面上のそれぞれの出力の基準タイミング２６ａ、２６ｂ、２６ｃから前記周期の半分の周期の時間後の時間にあるとし、それぞれの点を順にデータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃとする。前記データ２３ａとデータ２３ｂを結んだ直線と出力の基準タイミング２６ａを表す直線の交点を交点２７ａ、前記データ２３ｂとデータ２３ｃを結んだ直線と出力の基準タイミング２６ｂを表す直線の交点を交点２７ｃとする。次に前記交点２７ａと交点２７ｃとデータ２３ｂから横軸に下ろした垂線と横軸の交点をそれぞれ順に交点２８ａ、交点２８ｃ、交点２８ｂとする。そして、前記データ２３ｂ、交点２７ａ、交点２８ａ、交点２８ｂを直線で結んだ台形を台形２４とし、前記データ２３ｂ、交点２８ｂａ、交点２８ｃ、交点２７ｃを直線で結んだ台形を台形２５とする。前記台形２４と台形２５を合計した領域の重心を計算することによりパルスの中心位置２９を決定し、前記中心位置２９に応じて出力するパルスを生成する事で本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御が実現される。
【００１５】
（実施の形態４）
図５に示している入力信号に対しての実施の形態の一例を説明する。まず、入力信号５１を複数のサンプリング信号５２ａ、５２ｂ、５２ｃと比較して得られた出力パルスをそれぞれ順に出力パルス５３ａ、５３ｂ、５３ｃとする。前記入力信号５１の値の増減に応じて出力の基準タイミングに対するパルスの中心位置を決定し、前記中心位置に応じて前記出力パルス５３ａ、５３ｂ、５３ｃから出力するパルスを選択して出力する事で本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御が実現される。
【００１６】
次に図６に示している出力パルス５３ａ、５３ｂ、５３ｃから出力するパルスを選択する方法の一例について説明する。複数のサンプリング信号の中の１つと比較して取り込まれた入力信号を入力信号６１ｂとする。前記入力信号６１ｂの直後に取り込まれる入力信号を６１ａとし、同様に前記入力信号６１ｂの直前に取り込まれた入力信号を６１ｃとし、同様に前記入力信号６１ｃの直前に取り込まれた入力信号を６１ｄとする。前記入力信号６１ｂ、６１ｃ、６１ｄをパルス幅検出回路へ入力して得られたパルス幅のデジタルデータを順にデータ６２ｂ、データ６２ｃ、データ６２ｄとする。前記データ６２ｂ、６２ｃ、６２ｄから傾きと凸性を求め、前記傾きと凸性から入力信号６１ａの変化を予測し、出力パルス５３ａ、５３ｂ、５３ｃから出力するパルスを選択する事により実現される。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明のＰＷＭ変換におけるパルスの制御方式はＰＷＭ変換を用いているオーディオ機器に対して適用することができるため利用可能性は高い。特にデジタル入力デジタルアンプ方式に関しては実施の形態３に示しているようにパルスの中心位置を高精度で容易に計算でき且つ、パルスの生成もパルスの中心位置を高精度に制御する事が可能であるため、大きな改善効果が期待でき利用の可能性は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のＰＷＭ出力方式の図
【図２】デジタル入力信号に関して本発明を適応したＰＷＭ出力方式の図
【図３】デジタル入力信号に関して本発明を適応した時のブロック図
【図４】ＰＷＭ出力を入力として本発明を適応した時のブロック図
【図５】三角波などのサンプリング信号を用いた本発明のＰＷＭ出力方式の図
【図６】三角波などのサンプリング信号を用いた本発明を適応した時のパルス位置計算回路の例の図
【図７】三角波などのサンプリング信号を用いた本発明のブロック図
【図８】三角波などのサンプリング信号を用いた本発明のブロック図
【図９】従来のＰＷＭの図
【図１０】従来例図
【符号の説明】
【００１９】
１１    入力信号
１２    右上がり鋸歯状波
１３    右上がり鋸歯状波によりサンプリングされたＰＷＭ出力
１４    本発明によるＰＷＭ出力
２１    一定周期毎に入力されるデジタル入力信号
２２ａ    デジタル入力信号２２ｂの直後に取り込まれたデジタル入力信号
２２ｂ    一定周期のタイミング信号に同期して取り込まれたデジタル入力信号
２２ｃ    デジタル入力信号２２ｂの直前に取り込まれたデジタル入力信号
２３ａ    デジタル入力信号２２ａをプロットしたデータ
２３ｂ    デジタル入力信号２２ｂをプロットしたデータ
２３ｃ    デジタル入力信号２２ｃをプロットしたデータ
２４    データ２３ａ、２３ｂの値の増減を考えた台形状のエネルギー
２５    データ２３ｂ、２３ｃの値の増減を考えた台形状のエネルギー
２６ａ    デジタル入力信号２２ａの出力の基準タイミング
２６ｂ    デジタル入力信号２２ｂの出力の基準タイミング
２６ｃ    デジタル入力信号２２ｃの出力の基準タイミング
２７ａ    データ２３ａ、２３ｂを結んだ直線と基準タイミング２６ａの交点
２７ｃ    データ２３ｂ、２３ｃを結んだ直線と基準タイミング２６ｂの交点
２８ａ    交点２７ａから横軸に下ろした垂線と横軸との交点
２８ｂ    データ２３ｂから横軸に下ろした垂線と横軸との交点
２８ｃ    交点２７ｃから横軸に下ろした垂線と横軸との交点
２９    台形２４と台形２５を合計した領域の重心を計算して求めたパルスの中心位置
２１０    本発明によるＰＷＭ出力
３１    一定周期毎に入力されるデジタル入力信号
３２    デジタル入力信号３１からパルス位置を計算する回路
３３    パルス位置計算回路３２の結果から出力するパルスを生成する回路
３４    本発明によるＰＷＭ出力
４１    ＰＷＭ信号入力
４２    ＰＷＭ信号入力４１からパルス幅を検出する回路
４３    パルス幅検出回路４２によって検出されたパルス幅からパルス位置を計算する回路
４４    パルス位置計算回路４３の結果から出力するパルスを生成する回路
４５    本発明によるＰＷＭ出力
５１    入力信号
５２ａ    一定周期を持つ三角波のサンプリング信号
５２ｂ    サンプリング信号５２ａと同一の一定周期を持つ右下がりの鋸歯状波のサンプリング信号
５２ｃ    サンプリング信号５２ａと同一の一定周期を持つ右上がりの鋸歯状波のサンプリング信号
５３ａ    入力信号５１とサンプリング信号５２ａとを比較する事により生成されたＰＷＭ出力
５３ｂ    入力信号５１とサンプリング信号５２ｂとを比較する事により生成されたＰＷＭ出力
５３ｃ    入力信号５１とサンプリング信号５２ｃとを比較する事により生成されたＰＷＭ出力
５３ｄ    本発明によるＰＷＭ出力
５４    選択されたＰＷＭ出力のサンプリング信号の種類（ａ：三角波、ｂ：右下がりの鋸歯状波、ｃ：右上がりの鋸歯状波）
６１ａ    まだサンプリングされていない次のタイミングでサンプリングされるアナログ入力信号
６１ｂ    入力信号６１ａの１スロット前にサンプリングされたデータ
６１ｃ    入力信号６１ａの２スロット前にサンプリングされたデータ
６１ｄ    入力信号６１ａの３スロット前にサンプリングされたデータ
６２ｂ    データ６１ｂの検出されたパルス幅のデータ
６２ｃ    データ６１ｃの検出されたパルス幅のデータ
６２ｄ    データ６１ｄの検出されたパルス幅のデータ
７１    入力信号
７２    入力信号７１を複数の一定周期を持つ複数のサンプリング信号により
ＰＷＭ出力を生成する回路
７３    入力信号７１のデータの値の増減に応じたパルス位置を計算する回路
７４    パルス位置計算回路７３によってＰＷＭ生成回路７２のＰＷＭ出力を選択する回路
７５    本発明によるＰＷＭ出力
８１    入力信号
８２    入力信号８１を複数の一定周期を持つ複数のサンプリング信号によりＰＷＭ出力を生成する回路
８３    ＰＷＭ生成回路８２から出力されるＰＷＭ出力のパルス幅を検出する回路
８４    パルス幅検出回路８３の出力データに応じたパルス位置を計算する回路
８５    パルス位置計算回路８４によってＰＷＭ生成回路８２のＰＷＭ出力を選択する回路
８６    本発明によるＰＷＭ出力
９１ａ    傾き０の入力信号
９１ｂ    正の傾きを持った入力信号
９２    右下がりの鋸歯状波のサンプリング信号
９３    三角波のサンプリング信号
９４    右上がりの鋸歯状波のサンプリング信号
９５    入力信号９１ａ、９１ｂをサンプリング信号９２、９３、９４によりサンプリングしたＰＷＭ出力
１０１    入力信号
１０２    一定周期の三角波のサンプリング信号
１０３    入力信号１０１をサンプリング信号１０２でサンプリングしたＰＷＭ出力
【図１】
2006245877.tif 000003
【図２】
2006245877.tif 000004
【図３】
2006245877.tif 000005
【図４】
2006245877.tif 000006
【図５】
2006245877.tif 000007
【図６】
2006245877.tif 000008
【図７】
2006245877.tif 000009
【図８】
2006245877.tif 000010
【図９】
2006245877.tif 000011
【図１０】
2006245877.tif 000012